Arborele cu came este organul mecanismului de distribuție care comandă deschiderea supapelor din poziția închisă, până la deschiderea maximă. De asemenea controlează așezarea supapei pe sediu în faza de închidere. Arborele cu came, în funcție de tipul sistemului de distribuție, este amplasat în blocul motor sau în chiulasă, paralel cu arborele cotit.
Arborele cu came este o piesă unitară, cu geometrie complexă, ce conține came de admisie și de evacuare. Decalajul unghiular între came depinde de ordinea de aprinderea a cilindrilor. La motoarele cu 4 supape pe cilindru, DOHC, sunt doi arbori cu came, unul pentru supapele de admisie iar cel de-al doilea pentru supapele de evacuare.
În timpul funcționării motorului, în timpul deschiderii supapelor, se transmit forțe care solicită arborele cu came la încovoiere. Solicitarea de încovoiere poate provoca dezaxarea arborelui cu came în raport cu supapele, ceea ce produce defecțiuni grave ale sistemului de distribuție.
Pentru a asigura rigiditatea arborelui cu came acesta se sprijină pe chiulasa (sau pe blocul motor) prin intermediul unor fusuri. În locașurile fiecărui fus sunt prevăzute orificii prin care este adus uleiul sub presiune din sistemul de ungere.
Arborele cu came este antrenat de arborele cotit prin intermediul unei curele dințate sau a unui lanț metalic. Este deosebit de important ca mișcarea arborelui cu came să fie sincronizată cu cea a arborelui cotit pentru a deschide supapele la momentul corect, în funcție de poziția pistonului din cilindru.
În funcție de motor, pe lângă acționarea supapelor, arborele cu came are prevăzut și o roată dințată care are rolul de a antrena arborele de intrare al pompei de ulei. La motoarele mai vechi, prin aceeași roată dințată se antrena și distribuitorul sistemului de aprindere precum și pompa de benzină mecanică (Dacia 1310).
Sistem de injecție directă de benzină
1.arbore cu came
2.pompa de benzină de înaltă presiune
3.rampa de combustibil
4.injector
5.piston
6.calculator de injecție
La motoarele pe benzină cu injecție directă, pompa de benzină de înaltă presiune este de asemenea acționată de arborele cu came. Pe acesta este prevăzut rotor cu rectangular, cu vârfurile rotunjite.
În acest mod la fiecare rotație completă a arborelui cu came, pompa de injecție are 4 faze de ridicare a presiunii.
La motoarele termice în patru timpi un ciclu motor complet se face la fiecare două rotații complete ale arborelui cotit (720°). Pe durata unui ciclu complet supapele trebuie să se deschidă o singură dată, la admisie și la evacuare.
Din acest motiv viteza de rotație (turația) arborelui cu came este la jumătate față de turația motorului (arborelui cotit).
Arborele cu came se fabrică din oțel aliat sau fontă aliată, prin forjare, turnare sau strujire din bare de oțel. Camele și fusurile sunt supuse unor tratamente termice de călire pentru creșterea rezistenței mecanice.
Camele sunt prelucrate direct în materialul arborelui. Acestea transformă mișcarea de rotație în mișcare de translație alternativă. Înălțimea și viteza de deschidere a supapelor depind de profilul camei.
Profilul camei trebuie să îndeplinească mai multe condiții în ceea ce privește legea de ridicare a supapei. Este de dorit ca supapele să se deschidă/închidă în cel mai scurt timp posibil, să rămână în poziția de deschidere maximă cât mai mult timp și în același timp mișcarea să se facă lin și fără șocuri.
La motoarele cu distribuție fixă avansul și întarzierea deschiderii supapelor sunt constante, indiferent de punctul de funcționare al motorului. Din acest motiv trebuie făcut un compromis între consum de combustibil, funcționare stabilă la turații mici și performanțe dinamice.
Efectele modificării fazelor de distribuție:
| Creșterea avansului | Creșterea întârzierii |
|---|---|
| Supapa de admisie este deschisă mai devreme Admisia aerului începe mai devreme Crește cuplul motor la turații joase (datorită umplerii mai bune cu aer) | Supapa de admisie se închide mai târziu Admisia aerului începe mai târziu Se mărește turația maximă a motorului (putere mai mare la turații mari) |
Efectele modificării unghiului de separație al lobilor(aL):
| Reducerea aL | Creșterea aL |
|---|---|
| Cuplul motor maxim se obține la turații mai joase Crește cuplul motor maxim Banda de putere este îngustată Presiunea în cilindru este mărită Crește probabilitatea de detonație Faza de comprimare durează mai mult Comprimarea efectivă a aerului crește Depresiunea la ralanti este redusă Stabilitatea regimului ralanti este deteriorată Crește efectul de recirculare internă a gazelor de evacuare | Crește cuplul motor la turații mari Scade cuplul motor maxim Banda de putere se lărgește Presiunea în cilindru este redusă Scade probabilitatea de detonație Faza de comprimare durează mai puțin Comprimarea efectivă a aerului scade Depresiunea la ralanti este mărită Stabilitatea regimului ralanti este îmbunătățită Scade efectul de recirculare internă a gazelor de evacuare |
lnfluențele asupra funcționării motorului la modificarea poziției arborelui cu came în raport cu o poziție nominală.
La un sistem de distribuție fix unghiul camelor (avansul/întârzierea deschiderii supapelor) se poate optimiza pentru turații mici sau pentru turații mari, nu pentru ambele în același timp.
Sistemele de distribuție variabilă (MultiAir, Valvetronic & VANOS, VTEC, VarioCam, etc.) elimină acest dezavantaj prin modificarea fazelor de deschidere și/sau a înălțimii de ridicare a supapelor în funcție de punctul de funcționare al motorului termic.
